Kernfusion: Die Viele-Milliarden-Euro-Frage

Blick in den Fusionsreaktor Jet: Fusionsexperimente auf der Werkbank funktionieren nicht. (Bild: EFDA-JET)

Mit Milliardenbudgets wird seit vielen Jahrzehnten weltweit an der Kernfusion geforscht - und immer noch fragen wir uns: Wo bleibt denn nun das Fusionskraftwerk? Warum die Forschung trotzdem nicht vergebens war.
Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Fusionskraftwerke kommen in 50 Jahren, hieß es schon vor mehr als einem halben Jahrhundert. Doch immer noch ist unklar, wann das erste Fusionskraftwerk gebaut werden kann. Die bisher leistungsfähigsten Fusionsreaktoren stammen aus den späten 70er und frühen 80er Jahren. Ist die Forschung in der Zwischenzeit also keinen Schritt weitergekommen? Der Schein trügt. Es hat in dieser Zeit nicht nur Rückschläge gegeben, sondern auch eine ganze Menge Meilensteine. Auf ihrer Basis sind zwei bedeutende neue Forschungsprojekte entstanden: Wendelstein 7-X in Deutschland und das Iter. Und die könnten endlich einen Durchbruch schaffen.

Der Weg zur Entstehung dieser beiden Forschungseinrichtungen ist eine Geschichte von Misserfolgen: von naiven Vorstellungen über Plasmaphysik über plötzlich gestrichene Forschungsgelder für fertige Anlagen bis zu Problemen in der Organisation beim Bau neuer Fusionsreaktoren. Aber sie ist auch eine Geschichte von aufregenden Erkenntnissen.

Was braucht ein Fusionskraftwerk?

Fusionskraftwerke sollen in der Zukunft die Energieprobleme der Menschheit lösen, da sie durch kontrollierte Kernfusion eine Menge Energie erzeugen sollen. Kein Wunder also, dass mit Mitteln in Milliardenhöhe weltweit daran geforscht wird. Doch die Voraussetzungen für einen Fusionsreaktor sind schwer zu erfüllen.

Der Reaktor für ein Fusionskraftwerk, wie es etwa aus dem Iter-Projekt entstehen soll, muss ein Gas aus Deuterium und Tritium bei etwa 100 Millionen Grad und etwa 10 Bar Druck kontrolliert in der Schwebe halten, ohne dass zu viel Energie aus dem Gas verloren geht. Das ist überhaupt nur möglich, weil sich bei solchen Temperaturen die Elektronen von den Atomkernen gelöst haben und frei beweglich sind. Es ist damit ein Plasma, das auf elektrische und magnetische Felder reagiert.

Die Anfangszeit: Die Physik macht nicht mit

In der Anfangszeit der 1950er Jahre schien das selbst mit kleinen Geräten eine lösbare Aufgabe zu sein. Ein Strom, der mit einer Spannung durch das Plasma getrieben wird, erzeugt ein eigenes Magnetfeld, durch das sich das Plasma selbst einschnürt. Aber es stellten sich bald Probleme mit diesen Pinch-Experimenten ein. Die Energieverluste waren um Größenordnungen höher, als vor den Versuchen vermutet worden war. Es wurden viel mehr Teilchen aus dem Plasma geschleudert als zuvor angenommen. Die Einschnürung funktionierte nicht so gut wie erhofft.

Der Grund waren Instabilitäten. Wo der Strom im Plasma nicht vollständig gerade verläuft, entsteht ein Anteil im Magnetfeld, der diesen Knick im Strom vergrößert. Bald darauf gab es Versuche, diese "Kink-Instabilität" auszugleichen. Es wurden Magnetfelder von außen benutzt, um das Plasma zu stabilisieren, anstatt sich nur auf das Magnetfeld zu verlassen, das vom Plasma selbst erzeugt wird.

Es wurden verschiedene Konzepte entwickelt, aber im Laufe der 50er und 60er Jahre wurde immer klarer, dass Fusionsexperimente auf der Werkbank keine brauchbaren Energiemengen freisetzen würden. Dadurch verschwand auch der Optimismus, dass schon in kurzer Zeit die ersten Fusionskraftwerke gebaut würden. Je größer die Anlagen sind, desto mehr Entwicklungszeit brauchen sie und desto länger dauert der gesamte Entwicklungsprozess.